Explication détaillée du processus du réservoir d'acidification d'hydrolyse

1. Contexte
Avec l'accélération du rythme de l'industrialisation et la croissance rapide des populations urbaines, la demande de ressources en eau de la société augmente et la décharge des eaux usées est également sur une tendance à la hausse continue. Si de grandes quantités d'eaux usées contenant des polluants organiques sont déchargées directement dans des plans d'eau naturels sans traitement, cela peut entraîner une grave pollution des rivières, des lacs et des eaux souterraines, provoquant une série de problèmes environnementaux tels que l'eutrophisation et la mort de la vie aquatique. Les méthodes traditionnelles de traitement des eaux usées, telles que les boues activées et l'oxydation des contacts, sont principalement basées sur un traitement aérobie. Bien que ces processus soient efficaces pour éliminer la concentration faible -, les eaux usées biodégradables, elles sont devenues de plus en plus vulnérables à des eaux usées biologiques élevées - et à des eaux usées industrielles avec une mauvaise biodégradabilité, comme une consommation élevée d'énergie, des difficultés de traitement et un effluent non standard.

Dans ce contexte, les chercheurs ont commencé à rechercher plus de coûts - des processus de prétraitement efficaces et efficaces. Le réservoir d'acidification d'hydrolyse a été proposé pour répondre aux lacunes des processus traditionnels. Son concept de base est d'utiliser les fonctions métaboliques des micro-organismes anaérobies et des bactéries hydrolytiques et acides pour décomposer progressivement les macromolécules recalcitrants en petites molécules solubles, qui sont ensuite converties en substances telles que des acides gras volatiles qui sont facilement dégradés par des unités biologiques subséquentes. Cela améliore la biodégradabilité des eaux usées, réduit considérablement la charge sur les systèmes aérobies ou anaérobies ultérieurs, et rend l'ensemble du processus de traitement plus stable et fiable.

2. Rôle dans le traitement des eaux usées
Dans les systèmes de traitement des eaux usées modernes, les réservoirs d'hydrolyse et d'acidification servent souvent de pré-étape pré - ou intermédiaire. Par exemple, dans le processus AB, le stade A effectue principalement l'hydrolyse et l'acidification, convertissant les macromolécules en petites molécules. L'installation d'un réservoir d'hydrolyse et d'acidification en amont du réacteur UASB peut améliorer efficacement les propriétés de l'influent, augmentant considérablement l'efficacité de la digestion anaérobie ultérieure. Dans le traitement des eaux usées pour les industries telles que les aliments, la fabrication de papiers et les produits pharmaceutiques, l'hydrolyse et les réservoirs d'acidification servent souvent d'unité de connexion, ouvrant la voie à un traitement avancé ultérieur. On peut dire que le réservoir d'hydrolyse et d'acidification n'est pas seulement une "unité de prétraitement" dans le traitement des eaux usées, mais aussi un "noyau de tampon et de conversion" qui détermine le fonctionnement stable et efficace de l'ensemble du système.

3. Recherche et statut d'application
La technologie d'hydrolyse et d'acidification s'est développée relativement tôt. Dans les années 1970, avec l'adoption généralisée des processus de digestion anaérobie, les scientifiques ont progressivement réalisé que l'ajout d'un stade d'hydrolyse et d'acidification avant la digestion anaérobie pourrait efficacement améliorer l'efficacité globale du système, conduisant à son application pratique. Les pays d'Europe et des États-Unis ont largement déployé des processus d'hydrolyse et d'acidification dans les usines de traitement des eaux usées municipales et certains processus de traitement des eaux usées industriels, accumulant une vaste expérience opérationnelle.

Depuis les années 1980, la technologie d'hydrolyse et d'acidification a progressivement mûri par une combinaison de technologies importées et de recherches indépendantes. Actuellement, il est largement utilisé non seulement dans les grandes usines de traitement des eaux usées municipales de grande échelle, mais aussi dans le traitement des eaux usées dans les industries pharmaceutique, de transformation des aliments, d'impression et de teinture, de cuir et d'aquaculture. Ces dernières années, avec l'augmentation des normes environnementales et l'augmentation des pressions d'énergie, le développement de l'hydrolyse et la technologie d'acidification a mis davantage l'accent sur l'optimisation des réservoirs, l'optimisation des communautés microbiennes et l'intégration avec d'autres nouveaux processus, démontrant de larges perspectives d'application.

1. Processus d'hydrolyse
L'hydrolyse est la première étape du fonctionnement d'un réservoir d'hydrolyse et d'acidification. Les eaux usées contiennent souvent de grandes quantités de haute ou peu soluble - - de la matière organique, telles que les protéines, les graisses, les amidons, la cellulose et la lignine. Ces macromolécules sont utilisées de manière inefficace directement par des micro-organismes aérobies ou anaérobies, voire difficiles à décomposer, entraînant un traitement inefficace. Les bactéries hydrolytiques sécrètent des enzymes extracellulaires pour décomposer progressivement ces macromolécules en substances plus petites et solubles. Par exemple, les protéases décomposent les protéines en peptides et acides aminés, les lipases décomposent les triglycérides en glycérol et acides gras, et les amylases décomposent les polysaccharides en glucose et maltose. Ces molécules plus petites sont non seulement plus solubles mais aussi plus facilement disponibles pour d'autres micro-organismes, jetant les bases du stade d'acidification ultérieur.

2. Processus d'acidification
L'acidification est une étape clé après l'hydrolyse. Au cours de cette étape, l'acide - productrice de bactéries prolifère et utilise les petites molécules formées pendant la phase d'hydrolyse à travers des voies métaboliques complexes pour produire divers acides gras volatils (VFAS), tels que l'acide acétique, l'acide propionique et l'acide butyrique. Ils produisent également de petites quantités d'alcool, d'hydrogène et de dioxyde de carbone. Ce processus réduit non seulement la proportion de substances réfractaires dans les eaux usées, mais améliore également considérablement sa biodégradabilité. Les acides gras volatils sont d'excellents substrats pour de nombreux méthanogènes anaérobies et micro-organismes aérobies et peuvent être rapidement utilisés, garantissant ainsi un fonctionnement stable et efficace des processus ultérieurs.

3. Communauté microbienne
Le processus d'acidification de l'hydrolyse - implique une grande variété de micro-organismes, principalement des bactéries hydrolytiques, des bactéries acides et des anaérobies facultatifs. Les bactéries hydrolytiques décomposent de grandes molécules, tandis que les bactéries acides les fermentaient davantage pour produire de petites molécules. Ces deux se complètent et forment la force motrice centrale du processus d'acidification de l'hydrolyse -. La recherche a montré que la communauté microbienne des réservoirs d'acidification de l'hydrolyse - est très diversifiée. Cette diversité garantit que le réservoir peut traiter simultanément une variété de types de matières organiques, améliorant l'efficacité globale.

4. Impact sur le traitement ultérieur
Les acides gras volatils dans l'hydrolyse - Les produits d'acidification sont d'une grande signification pour le traitement ultérieur. Premièrement, les VFA sont des substrats directs pour les méthanogènes et peuvent améliorer considérablement l'efficacité de la production de gaz de la digestion anaérobie. Deuxièmement, la présence de VFA augmente considérablement le rapport Bod₅ / CODCR des eaux usées, améliorant ainsi les performances de traitement des processus anaérobies, anoxiques et aérobies. Par conséquent, l'hydrolyse et l'acidification sont non seulement un processus indépendant mais aussi un lien crucial qui relie le traitement anaérobie et aérobie, optimisant toute la chaîne de traitement.

1. Caractéristiques fonctionnelles
Les fonctions d'un réservoir d'hydrolyse et d'acidification peuvent être résumées comme «décomposition, transformation et tampon». Tout d'abord, il peut décomposer les macromolécules récalcitrantes en molécules plus petites, dégradant ainsi la matière organique. Deuxièmement, il transforme la forme de substances par la production d'acide, améliorant la biodégradabilité. Enfin, il agit comme un régulateur et un tampon dans l'ensemble du système de traitement des eaux usées, réduisant efficacement la pression sur les unités de traitement ultérieures.

2. Caractéristiques de processus
Les réservoirs d'hydrolyse et d'acidification fonctionnent dans des conditions relativement flexibles, ne nécessitant aucune énergie - des systèmes d'aération intensifs et ne nécessitant qu'un environnement anaérobie. Il en résulte une consommation d'énergie nettement plus faible que les processus aérobies traditionnels. De plus, les exigences de gestion sont relativement simples; Les opérateurs n'ont qu'à contrôler la qualité et le volume de l'influence et maintenir une température et un pH appropriés. En raison de la riche communauté microbienne au sein des réservoirs, qui possède une forte adaptabilité et tolérance, les réservoirs d'hydrolyse et d'acidification sont très résistants aux fluctuations de la qualité de l'eau et aux chocs de charge.

3. Limites
Bien que les réservoirs d'hydrolyse et d'acidification offrent de nombreux avantages, ils ont également certaines limites. Premièrement, l'utilisation d'un réservoir d'hydrolyse et d'acidification est difficile à atteindre des normes d'effluent et nécessite généralement une intégration avec d'autres processus. Deuxièmement, le processus d'hydrolyse et d'acidification est sensible à la température -, en particulier à de basses températures, où l'activité microbienne diminue considérablement, conduisant à une efficacité de traitement réduite. De plus, les réservoirs d'hydrolyse et d'acidification nécessitent généralement un long temps de rétention hydraulique (THS) et occupent une zone relativement grande, qui peut être une contrainte dans les zones contraignantes terrestres -. Enfin, parce que le métabolisme anaérobie peut produire des gaz odorants, des mesures d'étanchéité et de désodorisation doivent être prises en compte lors de la conception et du fonctionnement.

1. Structure
Selon les propriétés des eaux usées et les exigences de traitement, les réservoirs d'hydrolyse et d'acidification ont divers types structurels:

Branchez les réservoirs d'hydrolyse et d'acidification du flux:-: les eaux usées entrent à une extrémité et sont progressivement poussées à travers le corps du réservoir. À mesure que le THS augmente, le processus d'hydrolyse et d'acidification est progressivement achevé. Ce type de réservoir est simple en structure et facile à gérer, mais peut présenter le risque de circuit court -.

Un réacteur à débit déconcerté (ABR): plusieurs compartiments sont conçus dans le réservoir, permettant aux eaux usées de s'écouler en sections, chaque section capable de subir des réactions d'hydrolyse et d'acidification indépendantes. Cela prolonge non seulement le temps de contact entre les eaux usées et les micro-organismes, mais améliore également l'efficacité globale.

Réacteur de biofilm rempli: Une grande quantité de remplissage est placée dans le réservoir, permettant aux micro-organismes de se fixer et de se développer. Le remplissage augmente la surface spécifique, augmentant considérablement la biomasse et le rendant adapté au traitement du milieu - et des eaux usées de concentration - élevées.

2. Points clés de conception du réservoir
Lors de la conception d'un réservoir d'hydrolyse et d'acidification, les considérations clés suivantes doivent être prises en compte:

Temps de rétention hydraulique (HRT): généralement 6 à 12 heures, bien que des temps plus longs puissent être nécessaires pour les eaux usées élevées de la concentration -.

Charge volumétrique: généralement contrôlée dans la plage de 1 à 3 kg CODCR / (M³ · D) pour assurer la stabilité du système.

Système de distribution de l'eau: assurez-vous même la distribution de l'eau entrante pour éviter les points courts - et les points morts.

Agitation et mélange: Certains conceptions intègrent des dispositifs d'agitation ou des systèmes de recirculation pour empêcher l'accumulation de sédiments et améliorer l'efficacité de contact entre les micro-organismes et le substrat.

3. Micro-organismes et charges
Les micro-organismes dans les réservoirs d'hydrolyse et d'acidification ont tendance à se développer principalement par attachement, ce qui rend le choix de remplissage crucial. Les charges communes incluent des tubes inclinés en nid d'abeille et des charges dimensionnelles élastiques -. Ces charges ont une grande surface, offrant un environnement d'attachement stable pour les micro-organismes, augmentant ainsi la biomasse dans le réservoir. Ils augmentent également les turbulences d'eau, favorisant le transfert de masse. Les boues à l'intérieur du réservoir sont généralement composées de boues floculentes ou granulaires, ce qui facilite la sédimentation et la séparation liquide solide -. La diversité de la structure de la communauté microbienne garantit que le système peut traiter simultanément plusieurs polluants, améliorant la stabilité globale.

1. Avantages
Biodégradabilité améliorée: le rapport BOD₅ / CODCR est considérablement amélioré, créant des conditions favorables pour les processus ultérieurs.

Résistance à la charge de choc: atténue efficacement des fluctuations importantes de la qualité ou de la quantité de l'eau.

Faible production de boues: par rapport aux systèmes aérobies, les systèmes anaérobies produisent moins de boues en excès, réduisant la pression sur le traitement des boues.

2. Inconvénients

Il est difficile de respecter les normes d'effluent en utilisant cette méthode seule: elle nécessite généralement une intégration avec d'autres processus.

Limites de température: L'efficacité du traitement diminue sous des températures hivernales basses.

Grande empreinte: exigences de ressources terrestres élevées.

Génération des odeurs: les mesures de ventilation et de désodorisation sont nécessaires pour la contrôler.

1. High - concentration des eaux usées organiques
Les eaux usées des industries telles que la transformation des aliments, l'abattage, l'aquaculture, les produits pharmaceutiques, le cuir et la fabrication du papier ont souvent de fortes concentrations de matière biologique. L'alimenter directement dans un réservoir aérobie entraînerait une surcharge grave et une consommation d'énergie accrue. Dans de tels cas, l'installation d'un réservoir d'hydrolyse et d'acidification pour réduire initialement la concentration de CODCR et améliorer la biodégradabilité peut améliorer considérablement les performances globales du système.

2. Eaux usées avec une mauvaise biodégradabilité
Les eaux usées de l'impression et de la teinture, des produits pharmaceutiques et des industries chimiques ont souvent un rapport CODCR / BOD₅ dépassant 2,5, indiquant une mauvaise biodégradabilité. L'alimenter directement dans un réservoir aérobie entraînerait une élimination sous-optimale et une consommation d'énergie de fonctionnement élevée. L'hydrolyse et le traitement d'acidification peuvent améliorer considérablement la biodégradabilité, ce qui rend les unités aérobies plus économiques et efficaces.

3. Situations avec de grandes fluctuations de la qualité et de la quantité de l'eau
Certaines entreprises industrielles connaissent un débit inégal des eaux usées et la qualité de l'eau fluctue souvent des changements dans les processus de production. Les réservoirs d'hydrolyse et d'acidification peuvent servir de tampons, stabilisant la qualité et la quantité influent, empêchant les systèmes ultérieurs de subir des chocs qui pourraient entraîner une efficacité réduite ou même l'effondrement.

4. Couplage avec des processus spécifiques
Dans les processus AB, les réservoirs d'hydrolyse et d'acidification sont essentiels. L'installation d'un réservoir d'hydrolyse et d'acidification avant les réacteurs anaérobies tels que UASB et IC peut améliorer considérablement l'efficacité de la production de gaz et la stabilité du système anaérobie. L'ajout d'une étape d'hydrolyse et d'acidification avant le traitement aérobie ou l'oxydation avancée crée également de meilleures conditions pour les réactions ultérieures.

5. La nécessité d'améliorer la résistance globale aux chocs
Les systèmes de traitement centralisés des usines de traitement des eaux usées municipales et des parcs industriels connaissent souvent une pollution soudaine ou une augmentation soudaine du volume de l'eau. Pour améliorer la résistance globale aux chocs, l'hydrolyse et les réservoirs d'acidification sont souvent ajoutés au flux de processus pour empêcher l'instabilité du système.

1. Usine de traitement des eaux usées municipales
Une grande usine de traitement des eaux usées municipales utilise un processus AB, la section A étant le réservoir d'hydrolyse et d'acidification. Les résultats opérationnels montrent que la section A supprime non seulement environ 30% du COD₂CR dans l'influent, mais améliore également considérablement la biodégradabilité des eaux usées. Le traitement aérobie de la section B assure une stabilité supplémentaire, l'effluent répondant systématiquement aux normes, démontrant le rôle irremplaçable du réservoir d'hydrolyse et d'acidification dans le traitement des eaux usées municipales.

2. Eaux usées de l'industrie alimentaire
Dans une usine laitière, les eaux usées avaient une concentration de COD₂cr aussi élevée que 6000 mg / L et contenaient des quantités importantes de protéines et de graisses. L'alimentation directe des eaux usées dans le système aérobie aurait entraîné une demande excessive d'oxygène et une consommation d'énergie élevée. Après prétraitement dans le réservoir d'hydrolyse et d'acidification, le COD₂CR a été réduit à 3000 mg / L, et le rapport BOD₅ / COD₂CR est passé de 0,28 à 0,5. Par la suite, l'effluent est entré dans l'unité de traitement aérobie, répondant systématiquement aux normes nationales d'émission.

3. Eaux usées pharmaceutiques
Les eaux usées pharmaceutiques ont une composition complexe, contenant souvent de la matière organique récalcitrante et un faible rapport Bod₅ / COD₅. Après traitement dans un réservoir d'hydrolyse et d'acidification, les taux d'élimination du COD₅ atteignent 20 à 40%, améliorant considérablement la biodégradabilité. Le traitement ultérieur à l'aide d'un processus d'oxydation de contact stabilise les niveaux de COD des effluents et d'ammoniac dans des limites acceptables, démontrant le rôle crucial des réservoirs d'hydrolyse et d'acidification dans le traitement des eaux usées pharmaceutique.